(57)【要約】【課題】二次空気供給装置付きハイブリッド車において、機関始動完了後における二次空気供給の効果をより高めることができる技術を提供する。【解決手段】内燃機関と電動機と排気通路に二次空気を供給する二次空気供給装置とを備えた二次空気供給装置付きハイブリッド車において、二次空気供給装置により二次空気を供給するときには、二次空気を供給していないときと比較して機関回転数を高くする。機関回転数の上昇により排気の温度が高くなり、二次空気供給の効果が高まる。このときに等出力線上で機関回転数を上昇させると、燃費の悪化が抑制される。【選択図】図５
2007137264.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と電動機と排気通路に二次空気を供給する二次空気供給装置とを備えた二次空気供給装置付きハイブリッド車において、
前記二次空気供給装置により二次空気を供給するときには、二次空気を供給していないときと比較して機関回転数を高くすることを特徴とする二次空気供給装置付きハイブリッド車。
【請求項２】
前記機関回転数を高くするときには、等出力線上で機関回転数を高くすることを特徴とする請求項１に記載の二次空気供給装置付きハイブリッド車。
【請求項３】
大気圧を検出する大気圧検出手段をさらに備え、前記機関回転数を高くするときには大気圧に応じて機関回転数の上昇度合いを補正することを特徴とする請求項１または２に記載の二次空気供給装置付きハイブリッド車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気通路に二次空気を供給する二次空気供給装置を備えたハイブリッド車に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の冷間始動時において排気浄化触媒での浄化効率を高めるために排気中に二次空気を供給する技術が知られている。そして、内燃機関の排気通路に二次空気を供給する二次空気供給装置を備えたハイブリッド車において、排気通路へ二次空気を供給した後に内燃機関を始動させる技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この技術によれば、排気系に未燃ＨＣ等が排出される前に排気系に二次空気を十分に供給することができるので、機関始動直後の極短時間のうちに最も多く排出される未燃ＨＣ等を浄化することができる。
【特許文献１】特開２００４−３０８５７１号公報
【特許文献２】特開２００４−２８４５５０号公報
【特許文献３】特開２００４−１００５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記技術によれば、機関始動前から二次空気を供給することが可能となるが、内燃機関の始動完了後についてはまだ改善の余地がある。例えば標高の高い所において機関が運転されると、空気密度が小さくなることにより吸入空気量及び二次空気量が少なくなる。このため、燃料供給量が低下し、また、排気での燃料の反応量が減少するため、平地と比較して触媒の暖機に時間がかかる。従って、高地では平地と同様の二次空気供給停止時期の設定を行うと触媒の昇温が不十分となるおそれがある。
【０００４】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、二次空気供給装置付きハイブリッド車において、機関始動完了後における二次空気供給の効果をより高めることができる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を達成するために本発明による二次空気供給装置付きハイブリッド車は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による二次空気供給装置付きハイブリッド車は、
内燃機関と電動機と排気通路に二次空気を供給する二次空気供給装置とを備えた二次空気供給装置付きハイブリッド車において、
前記二次空気供給装置により二次空気を供給するときには、二次空気を供給していないときと比較して機関回転数を高くすることを特徴とする。
【０００６】
ハイブリッド車は、動力分配手段によって、内燃機関の動力を分配することができる。分配された動力の一部は、駆動輪に機械的に直接伝達される。その残余の動力は、発電機によって電力に一旦変換される。この電力が電動機によって再び動力に変換されることにより、残余の動力が駆動輪に最終的に伝達される。この動力と電力との変換によって、ハイブリッド車は、内燃機関の動力を任意の回転数およびトルクに変換して駆動輪に伝達することができる。その結果、ハイブリッド車は、内燃機関を燃料消費効率の高いポイントで運転することができる。したがって、燃料消費効率の向上や排出ガスの低減を図ることができる。
【０００７】
ところで、機関回転数を高くすると排気の温度が上昇する。そして、二次空気の供給は
、排気温度が高いほど効果が高くなるので、二次空気を供給しているときに機関回転数を高くすることにより二次空気供給の効果を高めることができる。
【０００８】
そして本発明においては、前記機関回転数を高くするときには、等出力線上で機関回転数を高くすることができる。ここで、等出力線上で機関回転数を高くするということは、機関回転数の上昇に伴い機関発生トルクを減少させることにより、機関出力を一定に保つということである。このように、等出力線上で機関回転数を高くすることにより機関発生トルクが低下するので、機関発生トルクを低下させない場合と比較して燃費を向上させることができる。
【０００９】
また、本発明においては、大気圧を検出する大気圧検出手段をさらに備え、前記機関回転数を高くするときには大気圧に応じて機関回転数の上昇度合いを補正することができる。ここで、大気圧が変わると二次空気および内燃機関の吸入空気の密度が変わる。例えば標高の低い所から高い所へと移動した場合、空気密度が低下することにより、同じ体積の二次空気を供給したとしてもその質量は減少する。すなわち、二次空気の供給量が減少する。また、空気密度が低下すると、機関出力が低下するので運転者がアクセルペダルを踏み込む。その結果ポンプ損失が小さくなり内燃機関の効率が高くなるので、その分排気温度が低下する。これらにより、二次空気供給による効果が小さくなるため排気の浄化率が低下してしまう。また、これに対して機関回転数を高くすると、エンジンノイズが大きくなってしまう。
【００１０】
その点、本発明では、大気圧に応じて機関回転数の上昇度合いを補正している。すなわち、大気圧が高い所では空気の密度が大きいので、大気圧が低い所と比較して同一体積でより多くの二次空気を供給することができるため、機関回転数の上昇度合いを小さくしてエンジンノイズを小さく抑えることができる。一方、大気圧が低い所では空気の密度が小さいので、機関回転数の上昇度合いを大きくして排気の温度を上昇させる。これにより排気の浄化度合いを向上させることができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る二次空気供給装置付きハイブリッド車によれば、機関始動完了後における二次空気供給の効果をより高めることができる
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る二次空気供給装置付きハイブリッド車の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本実施例に係る内燃機関とその吸排気系及び二次空気供給装置の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関１は、４つの気筒２を有する水冷式の４サイクル・ガソリン機関である。
【００１４】
内燃機関１には、吸気枝管３が接続されており、吸気枝管３の各枝管は、各気筒２の燃焼室と吸気ポート１ａを介して連通している。吸気枝管３は、吸気管４に接続されている。前記吸気管４における吸気枝管３の直上流に位置する部位には、該吸気管４内を流通する吸気の流量を調節するスロットル５が設けられている。スロットル５の上流の吸気管４には、該吸気管４内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ７が取り付けられている。
【００１５】
また、吸気枝管３には、各気筒２に流入する吸気中へ燃料を噴射する燃料噴射弁８が備えられている。各燃料噴射弁８は、燃料を分配する燃料分配管９に接続されている。
【００１６】
一方、内燃機関１には、排気枝管１０が接続され、排気枝管１０の各枝管が排気ポート１ｂを介して各気筒２の燃焼室と連通している。排気枝管１０は、排気管１１と接続され、この排気管１１は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。排気管１１の途中には、三元触媒１２が設けられている。この三元触媒１２は、還元雰囲気でＮＯxを還
元浄化することができる。一方、リーン空燃比のときには酸化作用が活発となり、炭化水素（ＨＣ）及び一酸化炭素（ＣＯ）等を酸化させ浄化させることができる。
【００１７】
前記三元触媒１２より上流の排気管１１には、該排気管１１内を流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ１３が取り付けられている。一方、三元触媒１２より下流の排気管１１には、該排気管１１内を流通する排気の酸素濃度に対応した電気信号を出力する酸素濃度センサ１４が取り付けられている。空燃比センサ１３により、三元触媒１２へ流入する排気の空燃比をフィードバック制御することができる。また、酸素濃度センサ１４により、大気中へ放出される排気が三元触媒１２により実際に浄化されているか否か検出することが可能となる。
【００１８】
また、内燃機関１には、各気筒２からの排気中に二次空気を供給するための二次空気供給装置２００が備えられている。二次空気供給装置２００は、各気筒２の排気ポート１ｂから排気枝管１０へ流入する排気中へ二次空気を噴射する二次空気噴射弁２０を備えている。各二次空気噴射弁２０は、空気分配管２１に接続されている。空気分配管２１には、空気導入管２２の一端が接続され、該空気導入管２２の他端はエアポンプ２３に接続されている。エアポンプ２３から吐出された空気は、空気導入管２２を通過して空気分配管２１に到達し、各二次空気噴射弁２０へ分配された後、該二次空気噴射弁２０から排気枝管１０内へ噴射される。
【００１９】
次に、図２は、本実施例によるハイブリッドシステムの概略構成図である。本実施例によるハイブリッド車は、内燃機関１、動力分割機構３１、電動モータ３２、発電機３３、バッテリ３４、インバータ３５、車軸３６、減速機３７、車輪３８を備えて構成されている。
【００２０】
動力分割機構３１は、内燃機関１からの出力を発電機３３や車軸３６に振り分けている。この動力分割機構３１は、電動モータ３２からの出力を車軸３６に伝達する機能をも有する。電動モータ３２は、減速機３７を介して車軸３６と比例した回転数にて回転する。該電動モータ３２は、通常運転時には必要に応じて内燃機関１の出力を補助することもできる。また、電動モータ３２及び発電機３３には、インバータ３５を介してバッテリ３４が接続されている。そして、発電機３３は、内燃機関１からの動力を得て発電しバッテリ３４の充電を行う。
【００２１】
このように構成されたハイブリッドシステムでは、内燃機関１の出力若しくは電動モータ３２の出力により車軸３６を回転させ、車輪３８が駆動される。また、内燃機関１の出力と電動モータ３２の出力とを合わせて車軸３６を回転させ、車輪３８を駆動することもできる。
【００２２】
そしてハイブリッド車は、動力分割機構３１によって内燃機関１の動力を分配するが、分配された動力の一部は、車軸３６に機械的に直接伝達される。その残余の動力は、発電機３３によって電力に一旦変換される。この電力が電動モータ３２によって再び動力に変換されることにより、残余の動力が車軸３６に最終的に伝達される。この動力と電力との変換によって、ハイブリッド車は、内燃機関１の動力を任意の回転数およびトルクに変換して車輪３８に伝達することができる。その結果、ハイブリッド車は、内燃機関１を燃料消費効率の高いポイントで運転することができる。したがって、燃料消費効率の向上や排
出ガスの低減を図ることができる。
【００２３】
以上述べたように構成された内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ２８が併設されている。このＥＣＵ２８は、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１の運転状態を制御するユニットである。
【００２４】
また、ＥＣＵ２８には、運転者がアクセルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力し車両の負荷状態を検出可能なアクセル開度センサ１５、内燃機関１の回転数を検出するクランクポジションセンサ１６、内燃機関１の冷却水通路に取り付けられ該内燃機関１の冷却水温を検出する冷却水温センサ１７、大気の圧力を検出する大気圧センサ１８の他、前記したような各種センサが電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号がＥＣＵ２８に入力されるようになっている。
【００２５】
一方、ＥＣＵ２８には、燃料噴射弁８、エアポンプ２３等が電気配線を介して接続され、これらを制御することが可能になっている。また、前記ＥＣＵ２８は、各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶している。
【００２６】
ここで、ハイブリッド車においては、内燃機関１の運転状態を燃費の高い状態に維持することができる。すなわち、内燃機関１を燃費の高い状態で運転し、該内燃機関１の出力が不足すれば電動モータ３２によりこれを補い、内燃機関１の出力が過剰であれば発電機３３により発電をおこなうことにより車輪３８を回転させる力を調整することができる。
【００２７】
また、排気の温度が高いときほど触媒の活性がより高まるので二次空気を供給する効果が高くなる。そのため、本実施例では、二次空気供給時に機関回転数を上昇させることにより排気の温度を上昇させて二次空気供給の効果を高める。このときに、等出力線に沿って機関回転数を増加させている。すなわち、機関回転数を増加させると共に機関発生トルクを減少させて、内燃機関１の出力を一定とする。このように、等出力線上で機関回転数を上昇させることにより、排気の温度を上昇させることができるので、二次空気供給の効果を高めることができる。また、機関発生トルクを減少させることにより燃料消費量を減少させることができるので、燃費の悪化を抑制することができる。さらに、等出力線上で機関回転数を上昇させることにより車輪３８の回転変動が抑制されるので、ドライバビリティの低下を抑制することができる。また、吸気枝管３内の負圧が大きくなるのでブレーキの性能も向上させることができる。
【００２８】
ここで、図３は、機関回転数と機関発生トルクと等出力線との関係を示した図である。曲線Ｔ１からＴ４により排気の温度が示されている。なお、Ｔ１側からＴ４側へ向かって温度が高くなる。また、曲線Ｐ１からＰ３により吸気枝管３内の負圧が示されている。Ｐ１側からＰ３側へ向かって圧力が低くなる。そして等出力線上では、機関回転数が高いほど排気の温度が高くなる。すなわち、Ｘで示される機関回転数では、排気の温度がＴ１からＴ２の間となっているが、Ｘよりも高いＹで示される機関回転数では、排気温度がＴ２からＴ３の間となっているので、Ｙで示される機関回転数のほうが排気の温度が高くなっている。すなわち、二次空気を供給するときに機関回転数を上昇させれば、排気の温度が上昇するので、二次空気供給の効果を高めることができる。
【００２９】
一方、標高の高い所を走行している場合には、標高の低い所を走行している場合と比較して内燃機関１の吸入空気および二次空気の密度が低下する。
【００３０】
ここで、図４は、排気の温度と、三元触媒１２における排気の浄化率と、の関係を示した図である。実線は排気の流量が多いとき、破線は排気の流量が少ないときを示している。Ａで示される点では、標高が低いところを走行し且つ排気の流量が多い場合を示してい
る。この場合には、排気の温度が高いので排気の浄化率が高くなっている。そして、Ｂで示される点では、排気の温度がＡで示される点よりも低くなっている。例えば機関回転数がＡよりもＢで示される点のほうが低い場合である。このように排気の温度が低下すると排気の浄化率が低下する。さらに、Ｃで示される点では、Ｂで示される点よりも排気の流量が少ない。例えば標高の高い所を走行している場合である。これにより、排気の浄化率がＢよりもＣで示される点のほうが低くなっている。
【００３１】
ここで、Ｂで示される点では、Ａで示される点よりも排気の浄化率が低くなっているものの浄化率はなお高い状態にある。そのため、排気の温度を積極的に上昇させなくても高い浄化率を維持できる。すなわち、排気の流量が多い例えば標高の低い所を走行しているときには、排気の温度が低下したとしても排気の浄化率の低下は小さいので、機関回転数を上昇させなくても排気の浄化率が高い。また、機関回転数を上昇させると、エンジンノイズが大きくなるので、その点では機関回転数を低く抑えたい。以上より、排気の流量が多い例えば標高の低い所を走行している場合には、排気の温度が低下しても機関回転数を上昇させないことにする。これにより、エンジンノイズの増加を抑制することができる。
【００３２】
また、Ｃで示される点では、ＡおよびＢで示される点よりも浄化率がかなり低くなっている。そのため、排気の浄化率を高める必要がある。このような場合、すなわち排気の流量が少ない例えば標高の高い所を走行しているときには、機関回転数を上昇させて排気の温度を上昇させる。これにより、排気の浄化率を向上させることができる。なお、標高は、例えば車両に搭載するナビゲーションシステムの地図情報に標高の情報も併せて入れておき、この情報に基づいて得ることができる。
【００３３】
次に、本実施例に係る二次空気供給制御のフローについて説明する。図５は、本実施例に係る二次空気供給制御のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは予め定められた所定の時間毎に繰り返し実行される。
【００３４】
ステップＳ１０１では、内燃機関１が始動されたか否か判定される。本フローは、内燃機関１の始動後の二次空気の供給量を変更するものなので、内燃機関１が始動されたか否か判定している。例えば機関回転数がアイドル回転数以上となった場合に内燃機関１が始動されたと判定される。ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを一旦終了させる。
【００３５】
ステップＳ１０２では、大気圧および冷却水温が読み込まれる。これらはセンサの出力信号により得られる。
【００３６】
ステップＳ１０３では、機関回転数の上昇量が算出される。この機関回転数の上昇量は、二次空気を供給しない場合すなわち通常の内燃機関における機関回転数からの上昇量である。そして、二次空気を供給したときに排気の浄化率が許容値以上となるように決定される。例えば、二次空気の供給時に排気の浄化率が許容値以上となるときの大気圧と冷却水温と機関回転数の上昇量との関係を予め実験等により求めてマップ化しＥＣＵ２８に記憶させておく。そして、ステップＳ１０２で得られた大気圧および冷却水温を該マップへ代入して機関回転数の上昇量が算出される。
【００３７】
例えば、冷却水温が低いほど機関回転数の上昇量を大きくする。または冷却水温度が所定値よりも低い場合に、機関回転数を一定量上昇させる。また例えば、大気圧が低いほど若しくは標高が高いほど機関回転数の上昇量を大きくする。または大気圧が所定値（例えば排気の浄化率が許容値よりも小さくなるときの値）よりも低い場合若しくは標高が所定値（例えば排気の浄化率が許容値よりも小さくなるときの値）よりも高い場合には、機関回転数を一定量上昇させる。
【００３８】
ステップＳ１０４では、二次空気の供給条件が成立しているか否か判定される。ここでは、例えば二次空気の供給が開始されてから所定時間が経過していない場合、冷却水温が規定の範囲内（例えば５℃から５０℃までの間）である場合、または内燃機関１が高負荷で運転されていない場合のときに二次空気の供給条件が成立していると判定される。
【００３９】
ステップＳ１０５では、二次空気の供給が開始される。
【００４０】
ステップＳ１０６では、目標となる機関回転数が算出される。この目標となる機関回転数は、ベース機関回転数とステップＳ１０３で算出された機関回転数の上昇量との和として求められる。ベース機関回転数は、二次空気供給の有無にかかわらず目標とされる機関回転数であり、従来から行われている暖機制御による機関回転数である。このベース機関回転数は、冷却水温に応じて変化させる。例えば冷却水温とベース機関回転数との関係を予め求めてマップ化しておく。
【００４１】
ステップＳ１０７では、等出力線上で機関回転数を上昇させる。ステップＳ１０６で算出された目標機関回転数に向けて機関回転数が変更される。このときに、機関回転数および機関発生トルクが等出力線上を移動するようにハイブリッドシステムが制御される。
【００４２】
ステップＳ１０８では、二次空気の供給が停止される。
【００４３】
ステップＳ１０９では、実際の機関回転数が目標機関回転数となるように機関回転数の制御が行われる。このときの目標回転数は、前記ベース機関回転数となる。
【００４４】
このようにして、機関回転数を等出力線上で上昇させることにより、排気の温度を上昇させることができるので、三元触媒１２での排気の浄化性能を向上させることができる。また、空気密度の変化により二次空気量が変化しても、大気圧の変化に応じて目標となる機関回転数を補正するため、適正量の二次空気を供給することができる。さらに、等出力線上で機関回転数を上昇させるため、燃費の悪化を抑制することができる。また、標高の低い所では機関回転数の上昇が抑制されるので、エンジンノイズを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】実施例に係る内燃機関とその吸排気系及び二次空気供給装置の概略構成を示す図である。
【図２】実施例によるハイブリッドシステムの概略構成図である。
【図３】機関回転数と機関発生トルクと等出力線との関係を示した図である。
【図４】排気の温度と三元触媒における排気の浄化率との関係を示した図である。
【図５】実施例に係る二次空気供給制御のフローを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１     内燃機関
１ａ   吸気ポート
１ｂ   排気ポート
２     気筒
３     吸気枝管
４     吸気管
５     スロットル
７     エアフローメータ
８     燃料噴射弁
９     燃料分配管
１０   排気枝管
１１   排気管
１２   三元触媒
１３   空燃比センサ
１４   酸素濃度センサ
１５   アクセル開度センサ
１６   クランクポジションセンサ
１７   冷却水温センサ
１８   大気圧センサ
２０   二次空気噴射弁
２１   空気分配管
２２   空気導入管
２３   エアポンプ
２８   ＥＣＵ
３１   動力分割機構
３２   電動モータ
３３   発電機
３４   バッテリ
３５   インバータ
３６   車軸
３７   減速機
３８   車輪
２００ 二次空気供給装置
【図１】
2007137264.tif 000003
【図２】
2007137264.tif 000004
【図３】
2007137264.tif 000005
【図４】
2007137264.tif 000006
【図５】
2007137264.tif 000007